Nahinfrarot-OLEDs ebnen den Weg auf neue Märkte
Derzeit bedeuten die hohen Kosten von Geräten mit organischen Leuchtdioden (Organic Light-Emitting Diode, OLED), dass sie für die meisten immer noch unerschwinglich sind, aber zweifellos werden ihre einzigartigen Eigenschaften und Größenvorteile es im Endeffekt dazu führen, dass nicht nur die finanzkräftigen Käufer erreicht werden. Zwischenzeitlich erkunden im Rahmen des OSNIRO-Projekts (Organic Semiconductors for NIR Optoelectronics) finanzierte Forscherinnen und Forscher eine spezielle Kategorie von OLED, die im Nahinfrarotbereich (NIR) emittieren (Wellenlängen länger als 700 nm). Anhand der jüngsten Fortschritte bei BODIPY, einer speziellen Klasse borhaltiger Komponenten, konnte das Team organische Leuchtdioden mit Emissionsspitzen bei 720 nm und externen Effizienzen von bis zu 1,1 % vorführen. Dabei handelt es sich um einen der höchsten bisher für eine NIR-OLED ohne Schwermetalle oder toxische Metalle gemeldeten Werte. Das bedeutet unter anderem, dass nun NIR-OLED-gestützte Biosensoranwendungen ernsthaft in Betracht gezogen werden können. „Man erzeugte und erprobte verschiedene neuartige halbleitende Materialien für die NIR-Elektrolumineszenz, und die am besten funktionierenden sind Zweikomponentensysteme, bei denen der NIR-Emitter in eine Halbleiter-Polymermatrix eingemischt ist“, erklärt Prof. Dr. Dr. Ullrich Scherf, wissenschaftlicher Koordinator von OSNIRO. „Außerdem wurden Zweikomponentensysteme für den Anwendungsfall der NIR-Photodetektoren eingeführt, die auf Mischungen einer NIR-absorbierenden Donatorkomponente und eines Fullerenakzeptors basieren.“ Professor Dr. Scherf beschreibt das Leistungsverhalten dieser NIR-Elektrolumineszenz- und NIR-Photovoltaikbauelemente als „vielversprechend“. Dazu zählen Verbesserungen bei Solarzellen mit Leistungsumwandlungswirkungsgraden von über 11 %, während die Photodetektoren im Wesentlichen eine erhöhte externe Quanteneffizienz (EQE) und niedrigere Dunkelströme bereitstellen. Einer der Photodetektoren erreicht eine EQE von 67 % bei einer Wellenlänge von 800 nm. Und das ist nur ein erster Schritt in einer ganzen Reihe von Verbesserungen, die das Konsortium zu erreichen hofft. Wie es Professor Dr. Scherf ausdrückt: „Unsere Bauelemente können durch Optimierung der Materialien, Zusammensetzungs- und Mischungsverhältnisse, Elektroden usw. weiter verbessert werden.“ Follow-up-Forschung dieser Art läuft bereits durch die bilaterale Kooperation zwischen Projektpartnern, einschließlich potenzieller Anwender wie Siemens Healthcare und Advent Technologies. Eine neue Wissenschaftlergeneration Neben Forschung und Entwicklung konzentrierte man sich bei OSNIRO auch auf Kompetenzen und Fertigkeiten. Junge Frauen und Männer aus Chemie, Physik, Ingenieur- und Materialwissenschaften erhielten intensive Fortbildung auf dem Gebiet der optoelektronischen Bauelemente, bei denen im NIR-Bereich arbeitende organische Materialien zum Einsatz kommen. Insgesamt wurden 17 Stipendiatinnen und Stipendiaten angeworben und erhielten die Möglichkeit, an ihren eigenen wissenschaftlichen Projekten zu arbeiten. Dieses Schulungsprogramm resultierte in nicht weniger als 29 Artikeln in hochrangigen Zeitschriften. An der Bauelementefront hat der Projektpartner SHC bereits eine Patentanmeldung eingereicht und weitere sollen in naher Zukunft folgen. Professor Dr. Scherf ist zuversichtlich, dass OSNIRO innerhalb von drei bis fünf Jahren die Vermarktung von Produkten wie beispielsweise Nachtsichtbrillen oder Bildgebungs- und Sensorbauelementen für biomedizinische Anwendungen ermöglichen wird.
